INTRODUCCIÓN DE LECHOS

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INTRODUCCIÓN
Desde hace varios años, el secado de productos alimenticios es un proceso muy importante en la industria, ya que es fundamental puesto que ayuda a la prolongación de la vida útil del alimento. Un tipo de secado utilizado últimamente, es el secado a través de lechos, que se basa en la circulación de fluidos en contacto con sólidos. Cuando el fluido es un gas, los sólidos son lógicamente insolubles con el gas. Sin embargo, si el fluido es un líquido, puede ocurrir que parte de ese líquido entre a formar parte de las partículas sólidas, formando una entidad denominada agregado o flóculo, que tiene el comportamiento de un sólido, es decir, puede sedimentar. En esta práctica sólo hemos trabajado con el aire como fluido, ya que no alera el volumen de las partículas. Esta circulación de fluidos a través de lechos porosos también se presenta en otras operaciones unitarias como la filtración. Por ello se encuentra la necesidad de determinar la relación entre la caída de presión y la velocidad para el caso de que el fluido se desplace a través de intersticios existentes entre las partículas que constituyen el lecho poroso, pudiendo estar el lecho o no consolidado.
Para el caso del secado de alimentos por flujo de fluidos a través de materiales contenidos en las columnas de relleno, ocurre un fenómeno de transporte de materia y energía en simultáneo que se dificultan en los cambios estructurales, fisicoquímicos y biológicos que sufre el material en el proceso. De ahí la importancia de su estudio en la ingeniería de alimentos; para esta práctica se propusieron los siguientes objetivos:
· Aplicar los fundamentos de lechos porosos en el secado de alimentos
· Calcular la porosidad y la superficie especifica de las partículas y del lecho poroso.
· Evaluar la caída de presión del lecho de un material alimenticio
CUESTIONARIO
1.- ¿Qué es un lecho fluidizado y relacionar con los fundamentos estudiados?
Un lecho consiste en una columna formada por partículas sólidas, a través de las cuales pasa un fluido (líquido o gas) el cual puede ser librado de algunas impurezas y sufre una caída de presión. Si el fluido se mueve a velocidades bajas a través del lecho no produce movimiento de las partículas, pero al ir incrementando gradualmente la velocidad llega un punto donde las partículas no permanecen estáticas sino que se levantan y agitan, dicho proceso recibe el nombre de fluidización.
A medida que se incrementa la velocidad del fluido, con lo cual también se aumenta el caudal (si el área se mantiene constante), se pueden distinguir diferentes etapas en el lecho de acuerdo con lo señalado por Meléndez y Gutiérrez: 
· LECHO FIJO: las partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse una de otras, esto hace que la altura del lecho se mantenga constante y por tanto la fracción de vacío en el lecho (porosidad) se mantiene constante. En esta etapa el fluido experimenta la mayor caída de presión del proceso. 
· LECHO PREFLUIDIZADO: también es conocido como fluidización incipiente, y se trata de un estado de transición entre el lecho fijo y el fluidizado. Una de las características que presenta esta etapa es que la velocidad en este punto recibe el nombre de velocidad mínima de fluidización. También se caracteriza porque la porosidad comienza a aumentar.
· FLUIDIZACIÓN DISCONTINUA: también se conoce como fase densa y es cuando el movimiento de las partículas se hace más turbulento formándose torbellinos. Dentro de esta etapa se pueden distinguir dos tipos de fluidización: 
· Particulada: se manifiesta en sistemas líquido-sólido, con lechos de partículas finas en los cuales se manifiesta una expansión suave. 
· Agregativa: se presenta en sistemas gas-sólido. La mayor parte del fluido circula en burbujas que se rompen en la parte superior dando origen a la formación de aglomerados. 
· FLUIDIZACIÓN CONTINUA: todas las partículas son removidas por el fluido, por lo que el lecho deja de existir como tal, mientras que la porosidad tiende a uno. 
Con respecto a la porosidad, se tiene que es definida como la fracción de vacío en el lecho, y se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
Dónde:
· : Porosidad inicial del lecho, [adimensional].
· ε: Porosidad, [adimensional].
· Vo: Volumen ocupado por todas las partículas, [m3].
· Vt: Volumen del lecho en un instante dado, [m3].
· Si el área es constante, la ecuación anterior queda de la forma:
Dónde: 
· : Porosidad inicial del lecho, [adimensional].
· : Porosidad, [adimensional].
· Lo: Altura inicial del lecho, [m].
· L: Altura del lecho en un momento dado, [m].
Para el estudio de lechos, un elemento importante es conocer la caída de presión en el mismo. En este sentido, Mc Cabe y Smith señalan que existen dos ecuaciones que permiten calcular este valor. La primera es la ecuación de Ergun que es utilizada para lechos fijos (1):
Dónde:
· : Viscosidad de fluido, [Pa·s].
· : Velocidad superficial de fluidización, [m/s]. 
· Dp: Diámetro de la partícula, [m].
· e : Porosidad, [adimensional].
· r f: Densidad del fluido, [kg/m3].
· : Caída de presión, [Pa].
· L: Longitud del lecho, [m].
Para lechos fluidizados se utiliza la siguiente ecuación:
Donde:
· e : Porosidad, [adimensional].
· : Densidad de las partículas del lecho, [kg/m3].
· r f: Densidad del fluido, [kg/m3].
· : Caída de presión, [Pa].
· L: Longitud del lecho, [m].
· g: Aceleración de gravedad, [m/s2].
Para el estudio de los lechos fluidizados se hace necesario la determinación de tres parámetros adimensionales que permiten su caracterización. Dichos parámetros son: el número de Reynolds (Re) y los parámetros de Wilhelm y Kwauk (KΔP y KΔρ). El número de Reynolds es:
Donde:
· Re: Número de Reynolds, [adimensional].
· r f: Densidad del fluido, [kg/m3].
· Dp: Diámetro de la partícula, [m].
· : Velocidad del fluido, [m/s].
· : Viscosidad de fluido, [Pa·s].
Los parámetros de Wilhelm y Kwauk son:
Donde:
· r f: Densidad del fluido, [kg/m3].
· Dp: Diámetro de la partícula, [m].
· : Caída de presión, [Pa].
· Lo: Altura inicial del lecho, [m]. 
· : Viscosidad del fluido, [Pa·s].
· gc: Factor de conversión gravitacional, [1 (kg·m/s2)/N]
Donde:
· r f: Densidad del fluido, [kg/m3].
· Dp : Diámetro de la partícula, [m].
· : Densidad de las partículas del lecho, [kg/m3].
· : Viscosidad de fluido, [Pa·s].
· gc: Factor de conversión gravitacional, [1 (kg·m/s2)/N].
Para el desarrollo de la práctica es necesario conocer el valor de la velocidad de flujo en el lecho para poder calcular el número de Reynolds. En este sentido, se tiene que la velocidad del fluido en el lecho puede ser calculada a partir del caudal y el área transversal del lecho por la siguiente relación: 
Donde : 
· Q: Caudal, [m3/s].
· A: Área transversal, [m2].
· : Velocidad del fluido en el lecho, [m/s].
Ahora bien, uno de los medidores de flujo de mayor uso es la placa orificio, la cual es un dispositivo de medición de presión diferencial que consiste en una placa con un orificio concéntrico a la tubería. Su funcionamiento se basa en el principio de que cuando hay una obstrucción en un tubo o ducto aparece un diferencial de presión a través de la misma, y a partir de esta diferencia de presión se puede calcular la velocidad del fluido mediante la siguiente expresión (1):
Donde:
· Q: Caudal, [m3/s].
· Cd: Coeficiente de descarga, [adimensional].
· Y: Factor de expansión [adimensional]
· A: Área de la sección transversal, [m2].
· gc: Factor de conversión gravitacional, [1 (kg·m/s2)/N].
· b : Razón del diámetro de la garganta y el diámetro de la tubería, [adimensional]
También, Streeter señala que existen medidores llamados medidores de área, los cuales son equipos en los que la caída de presión es constante, o casi, mientras que el área a través de la cual circula el fluido varía con la velocidad de flujo. Mediante una adecuada calibración se puede relacionar el área con la velocidad de flujo. Entre dichos medidores se encuentra el rotámetro. 
Un rotámetro consiste en un tubo de área variable, en que el flujose dirige verticalmente hacia arriba. Un flotador se mueve hacia arriba o hacia abajo en respuesta a la razón de flujo hasta que se alcanza una posición en la que la fuerza de arrastre sobre el flotador se equilibra con su peso sumergido. Posee una variación de presión aproximadamente constante, y una escala que registra el caudal.
Luego de mostrar en forma detallada los conceptos fundamentales para el desarrollo de la sesión de práctica, en la próxima sección se hará una explicación del equipo usado durante la misma.
· En conclusión con los fundamentos estudiados existe la siguiente relación: El número de Reynolds aumenta a medida que el proceso de fluidización avanza, , la porosidad mantiene un valor casi constante en las etapas de lecho fijo y lecho prefluidizado, para luego ir aumentando y tender a la unidad en la etapa de fluidización continua. También se concluye que el parámetro KΔP aumenta rápidamente en las etapas de lecho fijo y luego toma un valor casi constante en la etapa de lecho fluidizado. 
2. EXPLICAR 2 PROCESOS TECNOLÓGICOS EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA EN EL QUE SE APLIQUE EL FUNDAMENTO DE LECHOS POROSOS EN DOS FASES
La absorción es un proceso de transferencia de masa en el cual un soluto vapor A en la mezcla de gases es absorbido por medio de un líquido en el cual el soluto es más o menos soluble. La mezcla gaseosa consiste casi siempre de un gas inerte y el soluto. El líquido .es también casi inmiscible en la fase gaseosa; esto es, su vaporización en la fase gaseosa es poco considerable. Un ejemplo típico es la absorción en agua del soluto amoniaco de una mezcla de aire-amoniaco. Posteriormente, el soluto se recupera de la solución mediante destilación.
La rectificación (fraccionada) o destilación por etapas con reflujo se puede considerar desde un punto de vista simplificado como un proceso en el cual se lleva a cabo una serie de etapas de vaporización instantánea, de manera que los productos gaseosos y líquidos de cada etapa fluyen a contracorriente. El líquido de una etapa se conduce o fluye a la etapa inferior y el vapor de una etapa fluye hacia arriba, a la etapa superior. Por consiguiente, en cada etapa entra una corriente de vapor Y y una corriente líquida L, que se mezclan y alcanzan su equilibrio, y de dicha etapa sale una corriente de vapor y una corriente de líquido en equilibrio.
· Torres empacadas para absorción y destilación: Las torres empacadas se usan para el contacto continuo a contracorriente de un gas y un líquido en la absorción y también para el contacto de un vapor y un líquido en la destilación. La torre de la figura 10.6-2 consiste en una columna cilíndrica que contiene una entrada de gas y un espacio de distribución en el fondo, una entrada de líquido y un dispositivo de distribución en la parte superior, una salida de gas en la parte superior, una salida de líquido en el fondo y el empaque o relleno de la torre. El gas entra en el espacio de distribución que está debajo de la sección empacada y se va elevando a través de las aberturas o intersticios del relleno, así se pone en contacto con el líquido descendente que fluye a través de las mismas aberturas. El empaque proporciona una extensa área de contacto íntimo entre el gas y el líquido.
Aplicaciones de la absorción en la industria alimentaria:
La hidrogenación de aceites comestibles en la industria alimentaria, se burbujea hidrógeno gaseoso en el aceite para absorberlo, entonces el hidrógeno gaseoso en la solución, reacciona con el aceite en presencia de un catalizador.
Aplicaciones de la destilación en la industria alimentaria:
· Recuperación de disolventes.